Transcript
hanhdp@vnu.edu.vn
Hệ quản trị cơ sở dữ liệuHệ quản trị cơ sở dữ liệu
Dư Phương HạnhBộ môn Hệ thống thông tin
Khoa CNTT, trường Đại học Công
nghệ
Đại học Quốc gia Hanoi
hanhdp@vnu.edu.vn
Query OptimizationQuery Optimization
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT2
OutlineOutline
Tổng quan
Không gian physical plans
Các chiến lược tối ưu hoá– Dựa trên kinh nghiệm– Dựa trên chi phí
Tổng kếtTài liệu tham khảo: Chap 12+13+14 of Ramakrishnan
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT3
Giới thiệuGiới thiệu
Phần lớn các truy vấn được viết bởi ngôn ngữ bậc cao phi thủ tục như SQL, QBE, OQL.
Các truy vấn này phải được chuyển sang các biểu thức đại số quan hệ tương đương (query tree).
Các biểu thức này có chứa các toán tử đại số quan hệ, mỗi toán tử có một chi phí (cost) thực thi tương ứng.
Với một mệnh đề truy vấn, có thể chuyển đổi tương ứng với nhiều cây truy vấn, việc chọn lựa plan thực thi nào là dựa trên đánh giá chi phí.– Các cây truy vấn tương đương được sinh ra nhờ các phép biến đổi
tương đương.
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT4
parse
Query rewriting
Physical plan generation
execute
result
SQL query
query tree
logical query planstatistics
physical query plan
Quy trình xử lý truy vấnQuy trình xử lý truy vấn
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT5
Vấn đề là…Vấn đề là…
Chọn best plan từ không gianphysical plans
Khó vì: không gian này có thể rất lớn do Có nhiều phép biến đổi tương đương Các phép toán vật lý khác nhau cho
cùng một toán tử logic– nested loop join, hash join, sort-merge join– index-scan, table-scan
Các mẫu cây khác nhau Các chiến thuật xử lý gối đầu
(pipelining, …)
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT6
Các chiến lượcCác chiến lược
1: Chọn một plan bất kỳ– Bad plans can be really bad!
2: Dựa vào mẹo (heuristics)– Ví dụ: Sử dụng index nhiều nhất có thể với HQTCSDL
MySQL
3: Dựa trên chi phí– Liệt kê, ước lượng chi phí thi hành, chọn cái tốt nhất– Chú ý các vòng lặp trong các plans
4: Hybrid
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT7
Thực tếThực tế
Hybrid Sử dụng mẹo (heuristics, còn gọi là các luật viết
lại - rewrite rules)– Loại đi những plans “xấu nhất”– Tránh bỏ xót những plans tốt
Dựa trên ước lượng chi phí– Ước lượng chi phí thi hành đối với mỗi plan, từ đó chọn
plan có chi phí tốt nhất
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT8
parse
Query rewriting
Physical plan generation
execute
result
SQL query
parse tree
logical query planstatistics
physical query plan
Initial logical plan
“Best” logical plan
Logical plan
Rewrite rules
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT9
Tại sao cần viết lại truy vấn?Tại sao cần viết lại truy vấn?
Giảm bớt số lượng physical plans nhờ:– Loại bỏ các điều kiện/toán tử dư thừa– Sử dụng cá luật giúp cải thiện hiệu năng truy vấn
Tiền xử lý– Chuyển các truy vấn sang dạng dễ dàng xử lý nhất
Giảm thời gian đáng kể quá trình thi hành truy vấn (kết quả không bị ảnh hưởng)
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT10
Các luật viết lại truy vấnCác luật viết lại truy vấn
Luật chuyển đổi logical plan
Các biến đổi tương đương trong đại số quan hệ
Đưa các vị từ xuống dưới
Thực thi các phép chiếu sớm nhất có thể
Tránh tối đa nhân chéo cross-join
Sử dụng cây trái nhất
Chuyển truy vấn lồng Joins
Sử dụng các ràng buộc, chẳng hạn unique
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT11
Ví dụVí dụ
Select B,D From R,S Where R.A = “c” R.C=S.C
R.C S.C=
<Query>
<SFW>
SELECT <SelList> FROM <FromList> WHERE <Cond>
<Attribute> <SelList> <RelName> <FromList> <Cond> AND <Cond>
B <Attribute> R <RelName>
S<Attr> <Op> <Const>
<Attr> <Op> <Attr>
R.A = “c”D
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT12
ParsingParsing
Kiểm tra ngữ nghĩa (semantic)– Lịệu các thuộc tính của phép chiếu có tồn tại trong các
quan hệ xuất hiện ở mệnh đề FROM?– Có thuộc tính trùng lặp hay không?– Kiểu dữ liệu có chuẩn không, ví dụ: R.A > 17.5
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT13
Initial Logical PlanInitial Logical Plan
Relational Algebra: B,D [ R.A=“c” R.C = S.C (RXS)]
Select B,DFrom R,SWhere R.A = “c” R.C=S.C
B,D
R.A = “c” Λ R.C = S.C
X
R S
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT14
Apply Rewrite Rule Apply Rewrite Rule (1)(1)
B,D [ R.C=S.C [R.A=“c”(R X S)]]
B,D
R.A = “c” Λ R.C = S.C
X
R S
B,D
R.A = “c”
X
R S
R.C = S.C
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT15
Apply Rewrite Rule Apply Rewrite Rule (2)(2)
B,D [ R.C=S.C [R.A=“c”(R)] X S]
B,D
R.A = “c”
X
R
S
R.C = S.C
B,D
R.A = “c”
X
R S
R.C = S.C
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT16
Apply Rewrite Rule Apply Rewrite Rule (3)(3)
B,D [[R.A=“c”(R)] S]
B,D
R.A = “c”
R
S
B,D
R.A = “c”
X
R
S
R.C = S.CNatural join
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT17
Các phép biến đổi tương Các phép biến đổi tương đươngđương
1. Phân phối σσC1 AND C2 AND …AND Cn(R)≡σC1(σC2(…(σCn(R))…)
2. Giao hoán của σ σ C1 (σ C2 (R)) ≡ σ C2 (σ C1 (R))
3. Phân phối của Π list1(list2 …(listn(R))…) ≡ list1(R)
4. Giao hoán σ với Π A1, A2,…,An (σ C (R))≡ σ C (A1, A2,…,An (R))
C involves only A1,…,An
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT18
5. Giao hoán của ( or ⋈ ) R ⋈ C S ≡ S ⋈ C R
meaning
6. Giao hoán σ với ( or ⋈ )
- σC (R S) ≡(σ⋈ C (R) ) S⋈
attributes in C involve only attributes of R
- σC (R S) ≡(σ⋈ C1 (R) ) (σ⋈ C2 (S) )
C1 (C2) involves only attribute of R(S)
Các phép biến đổi…Các phép biến đổi…
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT19
7. Giao hoán với ( or ⋈ ) L( R ⋈ C S)≡(A1,…,An (R)) ⋈ C (B1,…,Bm (S))
L = { A1,…, An, B1,…, Bm } join condition C only involves L
General FormGeneral Form
LL ( R ⋈ ( R ⋈ CC S) ≡ S) ≡ LL (( ((A1,A1,……,An, An+1,,An, An+1,……,An+k ,An+k (R)) ⋈(R)) ⋈
(( B1,B1,……,Bm, Bm+1,,Bm, Bm+1,……,Bm+p,Bm+p(S)) (S))
Các phép biến đổi…Các phép biến đổi…
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT20
8. Giao hoán của các phép toán tập hợp
U and ∩
9. Kết hợp các phép toán , ⋈ U, ∩
(R S) T ≡ R ( S T )
10. Kết hợp σ với các phép toán tập hợp
σC ( R S) ≡ (σC ( R )) (σC ( S ))
: U, ∩, -
Các phép biến đổi…Các phép biến đổi…
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT21
Thực tếThực tế
1. Break up any SELECT operations with conjunctive operations into a cascade of SELECT operations. • σC1 AND C2 AND … AND Cn(R)≡σC1 (σC2 (…(σCn(R))…))
2. Push SELECT operations as far down the query tree as possible– σ C1 (σ C2 (R)) ≡ σ C2 (σ C1 (R)) :
A1, A2,…,An (σ C (R))≡ σ C (A1, A2,…,An (R))
– σC (R S) ≡(σ⋈ C (R) ) S⋈
– σC (R S) ≡(σ⋈ C1 (R) ) (σ⋈ C2 (S) )
3. Rearrange operations so that: – the most restrictive SELECT operations are executed first – Avoid CARTESIAN PRODUCT operation,
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT22
Thực tế…Thực tế…
4. Try to combine a CARTESIAN PRODUCT operation with a SELECT operation into a join condition.
– σC (R X S) ≡ (R ⋈C S)
5. Break up PROJECT operations and move lists of projection attributes as down the tree as possible by creating new project operations List1 (List2 (…(Listn (R))…))= List1 (R)
A1,A2…,An (σC (R)) ≡ σC (A1,A2…,An (R))
L (R ⋈ C S) ≡ (A1,…,An (R)) (⋈ B1,…,Bm (S))
L (R U S) ≡ (L (R)) U (L (S))
6. Identify sub trees that represent groups of operations that can be executed by a single algorithm.
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT23
Lựa chọn plan thi hànhLựa chọn plan thi hành
Bộ xử lý truy vấn có nhiệm vụ đưa ra quyết định– Biểu thức đại số tương đương nào sẽ mang lại giải thuật
hiệu quả nhất?– Với mỗi toán tử đại số, sử dụng giải thuật nào để thực
thi?• Thường có nhiều cách để thi hành một phép toán logic, cần dựa
trên dữ liệu thực lưu trên thiết bị lưu trữ của quan hệ để quyết định lựa chọn cách/giải thuật hiệu quả.
– Việc chuyển dữ liệu xử lý giữa các toán tử được thực hiện thế nào? (ví dụ, thông qua main memory buffers, disk buffers)
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT24
Tối ưu hoá truy vấn dựa trên chi Tối ưu hoá truy vấn dựa trên chi phíphí Còn gọi là tối ưu hoá hệ thống (systematic query
optimization)
Dựa trên phương pháp ước lượng “chi phi” thi hành của kế hoạch thi hành truy vấn.
Thông thường kết hợp cùng với tối ưu hoá sử dụng mẹo (heuristic query optimization), để chọn candidate plans tốt nhất.
Chú ý tốc độ ước lượng: đảm bảo đủ nhanh để không ảnh hưởng nhiều đến việc thực thi truy vấn từ người dùng.
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT25
Chiến thuật Chiến thuật
Sử dụng mẹo để thu hẹp không gian plans– Đưa các vị từ xuống thấp nhất trong cây (để được thực
thi sớm nhất)– Hạn chế các plan đòi hỏi cross join– Sử dụng các cây trái nhất
Đánh giá chi phí cho các plan còn lại– Chú trọng việc thi hành các vòng lặp, đặc biệt đối với các
phép nối, trong một truy vấn.
Chọn plan có chi phí thấp nhất
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT26
Lựa chọn Physical PlanLựa chọn Physical PlanLogical Query Plan
P1 P2 …. Pn
C1 C2 …. Cn
Pick minimum cost one
Physical plans
Costs
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT27
Các loại chi phíCác loại chi phí
Chi phí truy cập thiết bị lưu trữ thứ cấp
– searching, reading, writing data blocks.
Chi phí lưu trữ
– Storing intermediate files
Chi phí cho các phép toán cơ bản
– Searching for, sorting, merging, records, computing field values,…
Chi phí truyền thông (đối với distributed database)
– Chi phí truyền két quả truy vấn từ database site tới query site
Chi phí sử dụng bộ nhớ
– Lượng memory buffer cần thiết trong quá trình thực thi truy vấn
Hệ quản trị CSDL @ BM HTTT28
Các tham số chi phíCác tham số chi phí
Số lượng bộ (trong mỗi quan hệ) Số lượng block (trong mỗi quan hệ) Số mức mỗi chỉ mục Số lượng block cho mức index đầu tiên Số lượng giá trị không trùng lặp (distinct values)
trên mỗi thuộc tính
Được lưu trong catalog; chỉ cần ước lượng là đủ.
top related